Πνευματικά δικαιώματα ΕΣΑ και Συνεργασία Πλανκ
Νέοι χάρτες από τον δορυφόρο Πλανκ της ΕΣΑ αποκαλύπτουν το 'πολωμένο' φως από το νεαρό Σύμπαν σε ολόκληρο τον ουρανό, αποκαλύπτοντας ότι τα πρώτα άστρα σχηματίστηκαν πολύ αργότερα από οτι εθεωρείτο μέχρι σήμερα.
Η ιστορία του Σύμπαντος μας είναι μια ιστορία 13,8 δισεκατομμυρίων ετών που οι επιστήμονες προσπαθούν να διαβάσουν από τη μελέτη των πλανητών, των αστεροειδών, των κομητών και άλλων αντικειμένων στο ηλιακό μας σύστημα, και τη συλλογή του φωτός που εκπέμπεται από τα μακρινά αστέρια, τους γαλαξίες και την ύλη που υπάρχει μεταξύ τους.
Μια σημαντική πηγή πληροφοριών που χρησιμοποιούνται για να συναρμολογήσουν αυτή την ιστορία είναι το κοσμικό υπόβαθρο μικροκυμάτων, ή ΚΑΜΥ, το απολίθωμα του φωτός που προκύπτει από τότε που το Σύμπαν ήταν καυτό και πυκνό, μόνο 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Χάρη στην διαστολή του Σύμπαντος, βλέπουμε αυτό το φως σήμερα να καλύπτει ολόκληρο τον ουρανό σε μήκη κύματος μικροκυμάτων.
Μεταξύ του 2009 και του 2013, το Πλανκ παρακολούθησε τον ουρανό για να μελετήσει αυτό το αρχαίο φως με πρωτοφανή λεπτομέρεια. Μικροσκοπικές διαφορές στη θερμοκρασία ανιχνεύουν ελαφρώς διαφορετικής πυκνότητας περιοχές υποβάθρου στο νεαρό σύμπαν, που εκπροσωπούν τους σπόρους όλων των μελλοντικών δομών, των αστεριών και των γαλαξιών του σήμερα.
Οι επιστήμονες από τη συνεργασία του Πλανκ έχουν δημοσιεύσει τα αποτελέσματα από την ανάλυση αυτών των δεδομένων σε έναν μεγάλο αριθμό επιστημονικών εργασιών κατά τη διάρκεια των δύο τελευταίων ετών, επιβεβαιώνοντας την κοσμολογική εικόνα πρότυπο του Σύμπαντος μας με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια.
"Αλλά υπάρχει κάτι περισσότερο: η ΚΑΜΥ φέρει πρόσθετες ενδείξεις σχετικά με την κοσμική ιστορία μας που έχουν κωδικοποιηθεί στην 'πόλωση' του", εξηγεί ο Ιαν Τάουμπερ, επιστήμονας του έργου Πλανκ της ΕΣΑ.
"Το Πλανκ μέτρησε αυτό το σήμα για πρώτη φορά σε υψηλή ανάλυση στο σύνολο του ουρανού, παράγοντας τους μοναδικούς χάρτες που δημοσιεύθηκαν σήμερα."
Πνευματικά δικαιώματα ΕΣΑ
Το φως είναι πολωμένο όταν δονείται σε μια προτιμητέα κατεύθυνση, κάτι που μπορεί να προκύψει ως αποτέλεσμα των φωτονίων - τα σωματίδια του φωτός – που αναπηδούν από άλλα σωματίδια. Αυτό είναι ακριβώς που συνέβη όταν η ΚΑΜΥ (Κοσμική Ακτινοβολία Μικροκυμάτων Υποβάθρου
) γεννήθηκε στις αρχές του Σύμπαντος.
Αρχικά, τα φωτόνια είχαν παγιδευτεί σε μια καυτή, πυκνή σούπα σωματιδίων που, τη στιγμή που το Σύμπαν είχε ηλικία λίγων δευτερολέπτων, αποτελούνταν κυρίως από ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρίνα. Λόγω της υψηλής πυκνότητας, τα ηλεκτρόνια και τα φωτόνια συγκρούονταν το ένα με το άλλο τόσο συχνά που το φως δεν μπορούσε να ταξιδέψει σε οποιαδήποτε σημαντική απόσταση πριν από την πρόσκρουση σε ένα άλλο ηλεκτρόνιο, καθιστώντας το πρώιμο Σύμπαν εξαιρετικά 'ομιχλώδες'.
Αργά αλλά σταθερά, καθώς το σύμπαν διαστελλόταν και ψυχόταν, τα φωτόνια και τα άλλα σωματίδια απομακρύνθηκαν μεταξύ τους, και οι συγκρούσεις έγιναν λιγότερο συχνές.
Αυτό είχε δύο συνέπειες: τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια μπόρεσαν τελικά να συνδυαστούν και να σχηματίσουν ουδέτερα άτομα χωρίς αυτά να διασπώνται πάλι από ένα εισερχόμενο φωτόνιο, και τα φωτόνια είχαν αρκετό χώρο για να ταξιδέψουν, δεν ήταν πλέον παγιδευμένα στην κοσμική ομίχλη.
Πνευματικά δικαιώματα ΕΣΑ και Συνεργασία Πλανκ
Όταν απελευθερώθηκε από την ομίχλη, το φως ξεκίνησε το κοσμικό ταξίδι του που το φέρνει μέχρι το σήμερα, όπου τηλεσκόπια όπως το Planck το ανιχνεύουν ως ΚΑΜΥ. Αλλά το φως διατηρεί επίσης μια μνήμη από την τελευταία συνάντηση του με τα ηλεκτρόνια, η οποία αιχμαλωτίστηκε στην πόλωση του.
"Η πόλωση της ΚΑΜΥ δείχνει επίσης μικροσκοπικές διακυμάνσεις από το ένα μέρος του ουρανού στο άλλο: όπως οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας, αυτές αντικατοπτρίζουν την κατάσταση του κόσμου τότε που το φως και η ύλη αποχωρίστηκαν", λέει ο Φρανσουά Μπουσέ του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του Παρισιού, Γαλλία.
"Αυτό παρέχει ένα ισχυρό εργαλείο ώστε να εκτιμηθούν με έναν νέο και ανεξάρτητο τρόπο παράμετροι όπως η ηλικία του Σύμπαντος, ο ρυθμός της διαστολής και η ουσιαστική σύνθεση του από κανονική ύλη, σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια."
Τα δεδομένα πόλωσης από το Πλανκ επιβεβαιώνουν τις λεπτομέρειες του προτύπου κοσμολογικής εικόνας που καθορίζεται από τη μέτρηση των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας ΚΑΜΥ, αλλά προσθέτουν μια σημαντική νέα απάντηση σε ένα θεμελιώδες ερώτημα: πότε γεννήθηκαν τα πρώτα αστέρια;
Πνευματικά δικαιώματα ΕΣΑ και Συνεργασία Πλανκ
"Μετά την απελευθέρωση της ΚΑΜΥ, το Σύμπαν ήταν ακόμη πολύ διαφορετικό από αυτό που ζούμε σήμερα, και πήρε πολύ χρόνο μέχρι τα πρώτα άστρα να μπορέσουν να σχηματίσουν," εξηγεί ο Μάρκο Bersanelli του Πανεπιστημίου του Μιλάνο, Ιταλία.
"Οι παρατηρήσεις της πόλωσης της ΚΑΜΥ από το Πλανκ μας λένε τώρα ότι αυτή η ‘Σκοτεινή Εποχή’ έληξε περίπου 550 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη - πάνω από 100 εκατομμύρια χρόνια αργότερα από ότι εθεωρείτο μέχρι σήμερα.
"Ενώ αυτά τα 100 εκατομμύρια χρόνια μπορεί να φαίνονται αμελητέα σε σύγκριση με την ηλικία των περίπου 14 δισεκατομμυρίων χρόνων του Σύμπαντος, κάνουν μια σημαντική διαφορά όταν πρόκειται για το σχηματισμό των πρώτων άστρων."
Η Σκοτεινή Εποχή έληξε όταν τα πρώτα άστρα άρχισαν να λάμπουν. Και καθώς το φως τους αλληλεπιδρούσε με το αέριο στο Σύμπαν, όλο και περισσότερα άτομα είχαν γυρίσει πίσω στα συστατικά τους σωματίδια: τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια.
Αυτή η κρίσιμη φάση στην ιστορία του σύμπαντος είναι γνωστή ως η 'εποχή του επαναϊονισμού'.
Πνευματικά δικαιώματα ΕΣΑ και Συνεργασία Πλανκ
Τα προσφάτως απελευθερωμένα ηλεκτρόνια ήταν και πάλι σε θέση να συγκρουστούν με το φως από την ΚΑΜΥ, αν και λιγότερο συχνά τώρα που το Σύμπαν είχε διασταλεί σημαντικά. Παρ 'όλα αυτά, όπως ακριβώς είχαν 380.000 χρόνια μετά το Μεγάλη Έκρηξη, αυτές οι συναντήσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων και των φωτονίων άφησαν ένα ενδεικτικό αποτύπωμα στην πόλωση της ΚΑΜΥ.
"Από τις μετρήσεις μας από τους πιο απόμακρους γαλαξίες και κβάζαρ, ξέρουμε ότι η διαδικασία του επαναϊονισμού είχε ολοκληρωθεί από τη στιγμή που το Σύμπαν ήταν περίπου 900 εκατομμυρίων ετών," λέει ο Γιώργος Ευσταθίου του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, Ηνωμένο Βασίλειο.
"Όμως, αυτή τη στιγμή, μόνο με τα δεδομένα της ΚΑΜΥ μπορούμε να μάθουμε πότε ξεκίνησε αυτή η διαδικασία."
Τα νέα αποτελέσματα του Πλανκ είναι σημαντικά, διότι οι προηγούμενες μελέτες της πόλωσης της ΚΥΜ φάνηκε να δείχνουν προς μια παλαιότερη αυγή των πρώτων αστεριών, τοποθετώντας την αρχή του επαναϊονισμού περίπου 450 εκατομμύρια χρόνια μετά το Μεγάλη Έκρηξη.
Αυτό δημιούργησε πρόβλημα. Πολύ βαθιές εικόνες του ουρανού από το διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ της ΝΑΣΑ-ΕΣΑ έδωσαν μια αίσθηση των πρώτων πιο γνωστών γαλαξιών στο Σύμπαν, το οποίο άρχισε να σχηματίζεται ίσως 300-400 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ωστόσο, αυτά δεν θα ήταν αρκετά ισχυρά ώστε να πετύχουν τον τερματισμό της Σκοτεινής Εποχής μέσα σε 450 εκατομμύρια χρόνια.
"Σε αυτή την περίπτωση, θα χρειαζόμασταν επιπλέον, πιο εξωτικές πηγές ενέργειας για να εξηγηθεί η ιστορία του επαναϊονισμού", λέει ο καθηγητής Ευσταθίου.
Τα νέα στοιχεία από το Πλανκ μειώνουν αισθητά το πρόβλημα, υποδεικνύοντας ότι ο επαναϊονισμός άρχισε αργότερα από ότι πιστευόταν παλαιότερα, και ότι τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες και μόνο θα μπορούσαν να ήταν αρκετά για να το προκαλέσουν.
Αυτό το αργότερο τέλος της Σκοτεινής Εποχής συνεπάγεται επίσης ότι θα μπορούσε να είναι πιο εύκολο να ανιχνευθεί η πρώτη γενιά των γαλαξιών με την επόμενη γενιά παρατηρητηρίων, συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τηλεσκοπίου Τζέιμς Γουέμπ.
Πνευματικά δικαιώματα ΕΣΑ και Συνεργασία Πλανκ
Αλλά τα πρώτα αστέρια σίγουρα δεν αποτελούν το όριο. Με τα νέα δεδομένα του Πλανκ που δημοσιεύονται σήμερα, οι επιστήμονες μελετούν, επίσης, την πόλωση των εκπομπών προσκηνίου από το αέριο και τη σκόνη μέσα στον Γαλαξία μας για να αναλύσουν τη δομή του γαλαξιακού μαγνητικού πεδίου.
Τα δεδομένα έδωσαν επίσης τη δυνατότητα για νέες σημαντικές γνώσεις σχετικά με το νεαρό Σύμπαν και τα συστατικά του, συμπεριλαμβανομένης και της ενδιαφέρουσας σκοτεινής ύλης και των δυσδιάκριτων νετρίνων, όπως περιγράφεται στις εγασίες που επίσης δημοσιεύθηκαν σήμερα.
Τα δεδομένα του Πλανκ έχουν εμβαθύνει στην ακόμα πιο πρώιμη ιστορία του Σύμπαντος, σε όλη τη διαδρομή προς τον πληθωρισμό - τη σύντομη εποχή της επιταχυνόμενης διαστολής που υπέστη το Σύμπαν όταν ήταν ακόμα ηλικίας ενός μικρού κλάσματος του δευτερολέπτου.
Ως η απόλυτη κάψουλα αυτής της εποχής, οι αστρονόμοι ψάχνουν για την υπογραφή των βαρυτικών κυμάτων που προκλήθηκαν από τον πληθωρισμό και αργότερα αποτυπώθηκαν στην πόλωση της ΚΥΜ.
Δεν έχει επιτευχθεί ακόμη άμεση ανίχνευση του σήματος αυτού, όπως αναφέρθηκε την περασμένη εβδομάδα (στα Ελληνικά). Ωστόσο, όταν συνδυάζονται τα νεότερα δεδομένα του Πλανκ όλου του ουρανού με αυτά τα τελευταία αποτελέσματα, τα όρια για το ποσό των αρχέγονων βαρυτικών κυμάτων πιέζονται ακόμη περισσότερο προς τα κάτω για να επιτευχθούν τα καλύτερα ανώτατα όρια έως τώρα.
"Αυτά είναι μόνο μερικά στιγμιότυπα από την εξέταση των παρατηρήσεων του Πλανκ της πόλωσης ΚΑΜΥ, που αποκαλύπτουν τον ουρανό και το Σύμπαν με έναν ολοκαίνουργιο τρόπο", λέει ο Ιάν Τάουμπερ.
"Αυτό είναι ένα απίστευτα πλούσιο σύνολο δεδομένων και οι ανακαλύψεις μόλις άρχισαν."
Επιλογή εικόνας για μεγαλύτερη ανάλυση
Πηγή: ΕΣΑ
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου